DE3839685A1 - Computergesteuerte schaltvorrichtung fuer ein motorbetriebenes kraftfahrzeug-getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine computergesteuerte Schaltvorrichtung für ein motorbetriebenes Kraftfahrzeug- Getriebe der durch den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei den bis jetzt für Kraftfahrzeuge allgemein verwendeten Automatikgetrieben sind im Falle einer hydraulischen Ausbildung der zum Schalten der einzelnen Getriebegänge vorgesehenen Reibvorrichtungen durch eine jeweils zugeordnete Servovorrichtung eine mit der Anzahl der Getriebegänge übereinstimmende Anzahl von Überholkupplungen verwendet, welche primär zu einem gewünscht weichen Wechsel der einzelnen Getriebegänge beitragen. Ein automatischer Wechsel der einzelnen Getriebegänge, die mit den unterschiedlichen Übersetzungen zwischen den einzelnen Gliedern eines ein- oder mehrfachen Planetenrädergetriebes erhalten werden, wird dabei mittels einer hydraulischen Steuervorrichtung gesteuert, die in aller Regel eine mehr oder weniger große Vielzahl von einzelnen Ventilgruppen umfaßt, mit denen die Druckzuteilung an die Servovorrichtungen in Abhängigkeit von den verschiedensten Betriebsparametern mehr oder weniger feinfühlig gesteuert wird. Jeder Gangwechsel wird insoweit mit einem Steuersignal gesteuert, daß im Ergebnis durch einen wiederholten Algorithmus erhalten ist, sowie durch ein weiteres Signal, welches spezifisch für den nächsten Getriebegang des beabsichtigten Gangwechsels ist. Weil bei diesen Automatikgetrieben die in den einzelnen Gängen an den Abtrieb vermittelte Drehmomentlieferung auch abhängig ist von der Arbeitsweise eines in aller Regel noch vorhandenen hydrodynamischen Drehmomentwandlers, mit welchem das von dem Antriebsmotor angelieferte Drehmoment eine duch das Übersetzungsverhältnis von einem Pumpenrad auf ein Turbinenrad beeinflußte Vervielfachung erfährt, ist es bisher kaum möglich geworden, mit diesem somit noch entsprechend nachteilig bestehenden Einfluß einen ideal synchronisierten Gangwechsel zu steuern.

Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, eine computergesteuerte Schaltvorrichtung für ein motorbetriebenes Kraftahrzeug-Getriebe der angegebenen Gattung derart auszubilden, daß mit der Möglichkeit eines Verzichts auf besondere Überholkupplungen und auch eines Verzichts auf einen solchen bisher noch besonders benötigten hydrodynamischen Drehmomentwandler ein synchronisierter Gangwechsel unter einer getriebetechnisch entsprechend vereinfachten Voraussetzung entsprechend optimal gesteuert werden kann.

Die mit der erfindunsgemäßen Schaltvorrichtung erzielbaren Vorteile ergeben sich durch eine relativ unkomplizierte Eingliederung der beanspruchten Steuereinrichtung in ein Steuersystem, dessen unter Verwendung von Algorithmus unter Einbeziehung auch der jeweils speziellen Antriebsverhältnisse simuliertes mathematisches Modell in einem elektronischen Speicher gespeichert werden kann, der für die zentrale Datenverarbeitung eines Computers zugänglich ist, um für die Übernahmemöglichkeit durch einen Mikroprozessor programmiert werden zu können. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung, bei welcher somit im Ergebnis ein Mikroprozessor die wechselnde Druckbeaufschlagung der bei einem Gangwechsel beteiligten Reibvorrichtungen über eine direkte Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors und auch des damit an das direkt verbundene Getriebe angelieferten Drehmoments in einer Rückkopplung mit der abtriebsseitigen Drehmomentanforderung steuert, ergibt daneben den Vorteil, daß auf der mechanischen Seite nunmehr der hydrodynamische Drehmomentwandler ebenso in Wegfall kommen kann wie die verschiedenen Überholkupplungen, die bei den bisher bekannten Automatikgetrieben zur Bereitstellung eines weichen Gangwechsels unter den unterschiedlichsten Antriebsbedingungen zwingend benötigt wurden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Getriebeplan eines Kraftfahrzeug-Getriebes mit nur zwei Gängen, welche mit der Schaltvorrichtung computergesteuert schaltbar sind,

Fig. 2A und 2B den Schaltplan der Steuereinrichtung, die bei der Schaltvorrichtung einen Gangwechsel steuert, wobei die bei einem Aufwärtsschalten der Gänge vorliegenden Verhältnisse berücksichtigt sind,

Fig. 2C eine Einzelheit der Steuereinrichtung zur Darstellung der bei einem Abwärtsschalten der Gänge vorliegenden Verhältnisse,

Fig. 3A und 3B graphische Darstellungen verschiedener Kennlinien zu der Wechselbeziehung zwischen dem Drehmoment und der Drehzahl des Antriebsmotors bei verschiedenen Stellungen der Drosselklappe und verschiedenen Bremsdrücken, wobei auch die Kennlinien der Steuersignale dargestellt sind, die beim Auf- und Abwärtsschalten der Gänge beteiligt sind, und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der einzelnen Steuersignale, die beim Abwärtsschalten der Gänge beteiligt sind.

Für die Darstellung in Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug-Getriebe mit zwei Gängen berücksichtigt, das als ein Planetenrädergetriebe augebildet ist. Ein Sonnenrad 10 einer ersten Planetenräderstufe ist an einer Eingangswelle 12 des Getriebes direkt und damit ohne die sonst übliche Zwischenschaltung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit einem Antriebsmotor verbunden. Der Antriebsmotor kann entweder ein Elektromotor oder eine Brennkraftmaschine sein. Mit dem Sonnenrad 10 kämmen die Planetenräder 14 eines ersten Radsatzes, mit denen die Planetenräder 16 eines zweiten Radsatzes für eine gemeinsame Lagerung an einem Planetenradträger 20 einstückig ausgebildet sind. Mit den Planetenrädern 16 des zweiten Radsatzes ist ein Ringrad 18 im Zahneingriff gehalten. Der Planetenradträger 20 ist andererseits mit dem Sonnenrad 22 einer zweiten Planetenräderstufe verbunden, bei welcher an einem Planetenradträger 38 gelagerte Planetenräder 24 mit dem Sonnenrad 22 und einem Ringrad 26 im Zahneingriff sind.

Das Ringrad 18 ist mit dem Antriebsglied 28 einer Überholkupplung 30 verbunden, dessen Abtriebsglied 32 an dem Getriebegehäuse gegen Drehung gesichert ist. Das Ringrad 18 ist weiterhin mit einer Reibbremse 34 verbunden, die ebenfalls an dem Getriebegehäuse befestigt ist und für die Schaltung eines Rückwärtsganges ebenso genutzt wird wie für eine Bergbremsung und eine später noch näher erläuterte Nutzbremsung. Weiterhin ist das Ringrad 18 über eine Reibkupplung 36 mit dem Planetenradträger 38 verbunden, der eine Kegelradwelle 42 eines Differenzialgetriebes antreibt, welches über Achswellen 40 und 44 mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges verbunden ist.

Die beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 sind ausgerückt, wenn das Getriebe in einen ersten Vorwärtsgang geschaltet ist. Das Ringrad 18 ist dann durch die Überholkupplung 30 an dem Getriebegehäuse gegen Drehung gesichert, womit das von der Eingangswelle 12 an das Sonnenrad 10 angelieferte Drehmoment unter Vermittlung des Planetenradträgers 20 an das Sonnenrad 22 und weiter an den Planetenradträger 38 weitergeleitet wird, welcher somit das Antriebsglied für die Kegelradwelle 42 des Differenzialgetriebes ergibt. Durch eine Betätigung der Reibkupplung 36 kann das Getriebe in einen zweiten Vorwärtsgang umgeschaltet werden. Wegen der bei betätigter Reibkupplung 36 vorhandenen Verbindung zwischen dem Ringrad 18 und dem Planetenradträger 38 wird dann das Sonnenrad 22 für die Weiterleitung des Drehmoments an die Kegelradwelle 42 umgangen und vielmehr wird dann das an das Sonnenrad 10 angelieferte Drehmoment direkt über diese Verbindung des Ringrades 18 mit dem Planetenradträger 38 vermittelt. Durch eine Betätigung nur der Reibbremse 34 kann schließlich noch die Schaltung eines Rückwärtsganges in Verbindung mit einer Umkehrung der Drehrichtung der Eingangswelle 12 bewirkt werden, wobei die Übermittlung des an das Sonnenrad 10 angelieferten Drehmoments hinzu der Kegelradwelle 42 dann gleichartig erfolgt wie bei der Schaltung des ersten Vorwärtsganges. Wenn als Antriebsmotor ein Elektromotor verwendet ist, dann muß für eine Umkehrung der Drehrichtung der Eingangswelle 12 nur die Drehrichtung des Antriebes umgeschaltet werden. Wenn andererseits als Antriebsmotor eine Brennkraftmaschine verwendet ist, dann ist für deren Verbindung mit der Eingangswelle 12 noch ein Umkehrrad vorzusehen, um durch dessen dann zusätzliche Einschaltung bereits eingangsseitig eine entsprechende Umkehrung der Drehrichtung der Eingangswelle zu erhalten.

Mit der Betätigung der Reibbremse 34 abwechselnd zu einer Betätigung der Reibkupplung 36 kann im Falle der Verwendung eines Elektromotors als Antriebsmotor auch eine sogenannte Nutzbremsung für eine Aufladung der Fahrzeugbatterien bewirkt werden. Diese Möglichkeit ist an die Voraussetzung angebunden, daß eine synchrone Umschaltung der Druckbeaufschlagung dieser beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 unter Verwendung einer Steuereinrichtung gesteuert werden kann, die im Falle einer Bremsung des Fahrzeuges den Elektromotor für die Arbeitsmöglichkeit als ein Stromerzeuger umschaltet,so daß die bei einem Bremsen freigesetzte mechanische Energie in eine elektrische Energie umgewandelt werden kann, die in Verbindung mit einer Gleichrichtung des Stromes zu einer Aufladung der Fahrzeugbatterien genutzt werden kann. Wenn der Antriebsmotor als Stromerzeuger arbeitet, dann ist damit also eine Umkehrung der Drehmomentlieferung von den Antriebsrädern zurück an den Antriebsmotor verbunden, was somit beinhaltet, daß bei der hier berücksichtigten Getriebeausbildung die Druckbeaufschlagung der bei der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges beteiligten Reibkupplung 36 auf die bei der Rückwärtsfahrt beteiligte Reibbremse 34 umgesteuert werden muß und umgekehrt, damit bei einer Abbremsung des Fahrzeuges die vorerwähnte Aufladung der Fahrzeugbatterien erhalten werden kann. Wenn im folgenden die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung nur für den Anwendungsfall einer solchen Nutzbremsung näher erläutert wird, dann soll damit nur ein mit besonderen Vorteilen verbundener Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung berücksichtigt werden ohne jede Einschränkung folglich einer allgemeinen Verwendungsmöglichkeit der Schaltvorrichtung für eine synchrone Steuerung der wechselnden Druckbeaufschlagung jeweils der beiden sich bei einem Gangwechsel ablösenden Reibvorrichtungen.

Für eine synchrone Steuerung der wechselnden Druckbeaufschlagung der beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 ist eine Steuereinrichtung mit einer geschlossenen Rückkoppelungsschleife verwirklicht, in welcher das von dem Antriebsmotor bereit gestellte Drehmoment T _m verarbeitet wird. Als variable Steuergrößen treten der Betätigungsdruck P _c ₁ für die Reibbremse 34, der Betätigungsdruck P _c ₂ für die Reibkupplung 36 und ein Vorgabewert T _mc für ein Steuersignal in Erscheinung, mit welchem die Drehmomentlieferung des Antriebsmotors beeinfluß wird. Die beiden Reibvorrichtungen 34, 36 respektive eine sich abwechselnde Betätigung dieser Reibvorrichtungen wird dabei in Abhängigkeit von dem an den Antriebsrädern ermittelten Drehmoment T _w und von der Drehzahl W _m des Antriebsmotors gesteuert, wobei durch eine noch näher beschriebene Eingliederung zweier spezieller Steuerschleifen mit je einem Solenoid mit veränderlicher Anzugskraft eine Verkürzung der Ansprechzeit auf etwa 0,06 Sekunden erreichbar ist.

Wenn während einer Vorwärtsfahrt im zweiten Vorwärtsgang, bei welchem dann also die Reibkupplung 36 betätigt ist, das Fahrzeug abgebremst wird, dann kann dieses Abbremsen unter Einschaltung eines Hauptbremszylinders unter verschieden großen Bremsdrücken erfolgen. In Fig. 3B sind diese verschieden großen Bremsdrücke mit einer Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors mit verschiedenen Kennlinien verdeutlicht, wobei diese Abhängigkeit von der Motordrehzahl in Fig. 3A auch für verschiedene Kennlinien des mit dem Antriebsmotor angelieferten Drehmoments am Beispiel von unterschiedlichen Drosselklappenstellungen verdeutlicht ist. Die beiden Scharen der Kennlinien sind jeweils von zwei weiteren Kennlinien A und B gekreuzt, welche die Steuersignale verdeutlichen, mit denen zur Verwirklichung einer Nutzbremsung nach dem vorstehenden Verständnis die beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 für eine wechselnde Druckbeaufschlagung synchron gesteuert werden. Für das Verständnis dieser Darstellung ist dabei noch anzufügen, daß diese unterschiedlichen Kennlinien in einem für einen Mikroprozessor zugänglichen Speicher gespeichert sind, so daß nach einer Erfassung des jeweiligen Ist- Wertes W _m der Motordrehzahl durch den Mikroprozessor während einer Bremsung des Fahrzeuges dann entsprechend dieser Vorgabe durch die Kennlinie A mit dem Mikroprozessor ein Soll- Wert T _wc des abtriebsseitigen Drehmoments mit einer Größe eingestellt werden kann, welche dann übereinstimmt mit dem Ist-Wert T _w des abtriebsseitigen Drehmoments. Gleichzeitig wird durch den Mikroprozessor ein Soll-Wert W _mc der Motordrehzahl eingestellt, welcher dem Produkt aus der Getriebeübersetzung, die beispielsweise mit dem Wert 1.53 bestimmt wird, und dem Ist-Wert W _m der Motordrehzahl entspricht. Für die Abweichungen der einander zugeordneten Ist-Werte von den Soll-Werten werden dann noch ein erstes Fehlersignal T _we für das abtriebsseitige Drehmoment und ein zweites Fehlersignal W _me für die Motordrehzahl bereitgestellt, die in einer Steuervorrichtung mit geschlossener Rückkoppelungsschleife der nachfolgend näher beschriebenen Ausbildung verarbeitet werden, um die maßgeblichen Steuersignale P _c ₁ und P _c ₂ für die beiden Reibvorrichtungen zu erhalten, die durch den Mikroprozessor für einen synchronen Wechsel des Betätigungsdruckes der Reibvorrichtungen vermittelt werden. Auch wird mit diesen Fehlersignalen das Drehmoment T _m korrigiert, das mit dem Antriebsmotor an das Getriebe geliefert wird. Wenn nun in Verbindung mit dieser kurzen Übersicht auch noch die Darstellung der Fig. 4 berücksichtigt wird, in welcher die einzelnen Kennlinien die zeitabhängige Veränderung der Motordrehzahl WM, des abtriebsseitigen Drehmoments TW, des antriebsseitigen Drehmoments TM und der durch die beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 vermittelbaren Drehmomente TC 1 und TC 2 verdeutlichen, dann ist aus dieser Darstellung ableitbar, daß bei einer Verfolgung der Kennlinien A für einen Wechsel der Druckbeaufschlagung der beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 oder eine auch damit gleichzusetzende Abwärtsschaltung der Gänge nur eine Zeit von knapp 0,1 Sekunden benötigt wird. Aus der Darstellung ist weiterhin auch ableitbar, daß als Folge des mit solchen Fehlersignalen in einer geschlossenen Rückkoppelungsschleife der nachfolgend näher beschriebenen Steuereinrichtung gesteuerten Wechsels der Druckbeaufschlagung der beiden Reibvorrichtungen das abtriebsseitige Drehmoment TW relativ konstant gehalten werden kann, wobei die nur während einer Zeitdauer von knapp 0,5 Sekunden in Erscheinung tretenden Schwankungen eigentlich vernachlässigbar sind, weil sie in Verbindung mit der sich gleichzeitig verändernden Motordrehzahl WM und der sich ebenfalls verändernden Abgabe des Drehmoments TM durch den Antriebsmotor eigentlich fühlbar nicht in Erscheinung treten.

Für die Darstellung in den Fig. 2A und 2B ist zunächst berücksichtigt, daß der Ist-Wert W _m der Motordrehzahl mittels eines an der Motorwelle angesetzten Sensors 46 und der Ist- Wert T _w des abtriebsseitigen Drehmoments mittels eines entweder an der Kegelradwelle 42 oder an einer der beiden Achswellen 40, 44 angesetzten Sensors erfaßt werden. Die beiden Sensoren 46, 48 sind über Signalleitungen 50, 52 an zwei Summierknoten 54, 56 angeschlossen, an welche auch die von dem Mikroprozessor bereitgestellten Steuersignale für den Soll-Wert W _mc der Motordrehzahl und für den Soll-Wert T _wc des abtriebsseitigen Drehmoments über Signalleitungen 58 und 60 vermittelt werden. Durch die Summierknoten 54, 56 werden für die Abweichung des jeweils angelieferten Ist-Wertes von dem Soll-Wert zwei entsprechende Fehlersignale W _me für die Motordrehzahl und T _we für das abtriebsseitige Drehmoment bereitgestellt.

Das mit dem Summierknoten 56 erhaltene erste Fehlersignal T _we wird an einen ersten Steuerschalter 62 vermittelt, bei dem es sich um einen Proportional-Integral-Regler handelt, mit dem ein Steuersignal 64 bereitgestellt wird, wenn der Gangwechsel respektive der Wechsel der Druckbeaufschlagung der beiden Reibvorrichtungen in einer Trägheitsphase des Antriebs stattfindet. Das erste Steuersignal 64 wird an einen Regelbegrenzer 108 vermittelt, der über eine Leitung 65 an einen ersten Phasenbegrenzer 66 angeschlossen ist. Weiterhin wird das erste Fehlersignal T _we über eine abgezweigte Signalleitung 68 an einen zweiten Steuerschalter 70 vermittelt, bei der es sich ebenfalls um einen Proportional-Integral-Regler zur möglichen Bereitstellung eines zweiten Steuersignals 72 handelt, wenn der Gangwechsel in einer Drehmomentphase des Antriebs stattfindet. Wenn das zweite Steuersignal 72 vorhanden ist, dann wird es ebenfalls unter Vermittlung eines Regelbegrenzers 112 an einen zweiten Phasenschalter 74 vermittelt.

Das durch den Summierknoten 54 bereit gestellte zweite Fehlersignal W _me wird andererseits über eine Signalleitung 76 an einen dritten Steuerschalter 78 vermittelt, bei dem es sich ebenfalls um einen Proportional-Integral-Regler handelt, der ein drittes Steuersignal 80 an den ersten Phasenschalter 66 liefert, wenn der Gangwechsel in einer Drehmomentphase des Antriebs stattfindet. Weiterhin wird das zweite Fehlersignal W _me über eine abgezweigte Signalleitung 82 an einen vierten Steuerschalter 84 vermittelt, der in der Ausbildung ebenfalls als ein Proportional-Integral-Regler ein viertes Steuersignal 86 ebenfalls nur dann bereitstellt, wenn der Gangwechsel in einer Drehmomentphase des Antriebs stattfindet. Wenn das vierte Steuersignal vorhanden ist, dann wird es unter Vermittlung eines Regelbegrenzers 114 an den zweiten Phasenschalter 74 vermittelt, an welchen andererseits auch das zweite Steuersignal 72 dann also gleichzeitig angeliefert wird. Eine solche gleichzeitige Anlieferung ist andererseits bei dem ersten Steuerschalter 66 nicht verwirklicht, weil ja dort das erste Steuersignal 64 und das dritte Steuersignal 80 nur während unterschiedlicher Phasen des Antriebes bereit gestellt werden. Das zweite Fehlersignal W _me wird dann noch über eine Signalleitung 88 an einen fünften Steuerschalter 90 geliefert, der ebenfalls ein Proportional-Integral-Regler ist und ein fünftes Steuersignal 92 bereitstellt, wenn der Gangwechsel in einer Trägheitsphase des Antriebs stattfindet. Das fünfte Steuersignal 92 wird dann unter Vermittlung eines Regelbegrenzers 110 an einen dritten Phasenschalter 94 geliefert, der an einem zweiten Signaleingang ständig mit einem AUS- Signal entsprechend einem Null-Wert der Versorgerspannung versorgt wird.

Die beiden Fehlersignale werden für die Übermittlung an die einzelnen Steuerschalter unterschiedlich verstärkt. So erfährt das erste Fehlersignal T _we durch einen Verstärker 98 eine Verstärkung um den Faktor 4.7 vor seiner Anlieferung an den ersten Steuerschalter 62, wobei diese Verstärkung im Falle einer Abwärtsschaltung der Gänge negativ und im Falle einer Aufwärtsschaltung positiv ist. Andererseits erfährt es für seine Anlieferung an den weiten Steuerschalter 70 eine Verstärkung um den Faktor 1.4 durch einen zweiten Verstärker 102, wobei diese Verstärkung für beide Schaltungen positiv ist. Das zweite Fehlersignal W _me wird gleichartig durch einen dritten Verstärker 96 um den Faktor 0.25 für die Anlieferung an den dritten Steuerschalter 78 verstärkt, wobei die Verstärkung ebenfalls für beide Schaltungen positiv ist. Weiterhin wird es für seine Anlieferung an den vierten Steuerschalter 84 durch einen Verstärker 104 um den Faktor 1 verstärkt, der bei der Aufwärtsschaltung negativ und bei der Abwärtsschaltung positiv ist. Schließlich wird das zweite Fehlersignal W _me für die Anlieferung an den fünften Steuerschalter 90 durch einen Verstärker 100 um den Faktor 0.25 verstärkt, der für beide Schaltungen negativ ist.

Der Schaltzustand der drei Phasenschalter 66, 74, 94 wird durch eine ODER-Schaltung 106 gesteuert. Diese ODER-Schaltung 106 weist einen mit dem Drehzahlsensor 46 verbundenen Signaleingang auf, so daß damit zum Beginn eines Gangwechsels eine Einstellung der einzelnen Phasenschalter in eine die Drehmomentphase des Antriebs während eines vorbestimmten Drehzahlbereichs berücksichtigende erste Schaltposition und deren Umschaltung in eine die Trägheitsphase des Antriebs berücksichtigende zweite Schaltposition bei jedem Wechsel der Motordrehzahl um eine prozentual vorbestimmte Größe vermittelt werden kann.

Während in den Fig. 2A und 2B die während einer Abwärtsschaltung realisierten Anschlüsse an die Phasenschalter berücksichtigt sind, zeigt die Fig. 2C die auf die Phasenschalter bezogenen Verhältnisse während einer Aufwärtsschaltung. Durch die ODER-Schaltung 106 sind dann bei dem ersten Phasenschalter 66 die beiden Signaleingänge spannungslos. Bei dem zweiten Phasenschalter 74 weist der für die Drehmomentphase maßgebliche Signaleingang einen Anschluß an den zweiten Steuerschalter 70 für eine mögliche Anlieferung des zweiten Steuersignals 72 und der für die Trägheitsphase maßgebliche zweite Signaleingang einen Anschluß an den vierten Steuerschalter 84 für eine mögliche Anieferung des zweiten Steuersignals 86 auf. Bei dem dritten Phasenschalter 94 weist schließlich der für die Trägheitsphase maßgebliche eine Signaleingang einen Anschluß an den ersten Steuerschalter 62 für eine mögliche Anlieferung des ersten Steuersignals 64 und der für die Drehmomentphase maßgebliche zweite Signaleingang einen Anschluß an den fünften Steuerschalter 90 für eine mögliche Anlieferung des fünften Steuersignals 92 auf. Wenn nun für eine Kleinhaltung der möglichen Änderungen des abtriebsseitigen Drehmoments während eines Gangwechsels das mit dem ersten Steuerschalter 62 bereit gestellte erste Steuersignal 64 auf einen entsprechend kleinen Wert begrenzt wird, dann kann für diese Begrenzung des ersten Steuersignals durch den Regelbegrenzer 108 die folgende Gleichung für die bei der Abwärtsschaltung vorliegenden Verhältnisse aufgestellt werden:

LL₁₀₈ = [(G _h × K₂ × P₂/G₁) - (R₁/S₁) (1+e)(TMF)]/K₁

wobei: G _h = Übersetzung des höheren Ganges; K₂ = Konstante zur Berücksichtigung des Verhältnisses bei der Reibkupplung 36 zwischen dem Betätigungsdruck und dem übertragbaren Drehmoment; P₂ = Betätigungsdruck der Reibkupplung 36; G₁ = Übersetzungsverhältnis des niedrigeren Ganges; R₁ = Radius des Ringrades 18; S₁ = Radius des Sonnenrades 10; TMF = Drehmoment des Antriebsmotors am Ende eines Gangwechsels; K₁ = Konstante zur Berücksichtigung des Verhältnisses bei der Reibbremse 34 zwischen dem Betätigungsdruck und dem übertragbaren Dremoment; und e = 0.01 als Toleranzwert für eine zulässige Fehlerabweichung des abtriebsseitigen Drehmoments.

Für ein Aufwärtsschalten der Gänge wird andererseits das mit dem ersten Steuerschalter 62 bereit gestellte erste Steuersignal 64 durch den Regelbegrenzer 108 auf einen unteren Wert entsprechend der folgenden Gleichung begrenzt:

LL₁₀₈ = [TMF * 0.995 (R₁/S₁)]/K₂

Während der Abwärtsschaltung wird weiterhin durch den Regelbegrenzer 110 das mit dem fünften Steuerschalter 90 bereit gestellte fünfte Steuersignal 92 auf einen unteren Wert gemäß der folgenden Gleichung begrenzt:

LL₁₁₀ = -[(R₁/S₁) × TM + (K₁ × P₁)]/K₂

wobei:
TM = Drehmoment des Antriebsmotors.

Während der Aufwärtsschaltung ergibt sich andererseits für das fünfte Steuersignal 92 ein mit dem Regelbegrenzer 110 gesteuerter Null-Wert als unterer Grenzwert und ein oberer Grenzwert, für welchen die folgende Gleichung Gültigkeit hat:

UL₁₁₀ = [1.005 × (R₁/S₁) × TMF]/K₂

Als unterer Grenzwert für das zweite Steuersignal 72 ergibt sich sowohl beim Aufwärtsschalten als auch beim Abwärtsschalten der Wert TMI, bei welchem es sich um das Drehmoment des Antriebsmotors zum Beginn eines Gangwechsels handelt. Bei der Abwärtsschaltung ergibt sich andererseits ein oberer Grenzwert, der mit dem Regelbegrenzer 112 entsprechend der folgenden Gleichung festgelegt wird:

UL₁₁₂ = TMI + (K₁ × P₁)/G _h

Bei der Aufwärtsschaltung wird andererseits für das zweite Steuersignal 72 ein oberer Grenzwert entsprechend der folgenden Gleichung erhalten:

UL₁₁₂ = 1.005 × TMF

Bei dem vierten Steuerschalter 84 wird für das vierte Steuersignal 86 ein unterer Grenzwert TMI bei beiden Schaltungen erhalten. Der obere Grenzwert wird bei einer Abwärtsschaltung durch den Regelbegrenzer 114 entsprechend der folgenden Gleichung bereitgestellt:

UL₁₁₄ = (1 + e - d) TMF + (K₂ × P₂)/G₁

wobei:
d = Faktor, mit dem eine Veränderungsmöglichkeit des Drehmoments des Antriebsmotors in bezug auf einen Endwert am Beginn eines Gangwechsels um einen größeren Betrag und zum Ende des Gangwechsels hin um nur einen minimalen Betrag berücksichtigt wird.

Wenn der ermittelte Ist-Wert der Motordrehzahl eine enge Annäherung an den Soll-Wert aufweist, was in aller Regel zum Ende eines Gangwechsels hin stattfindet, dann erhält der bei der vorerwähnten Gleichung berücksichtigte Faktor d den Wert von etwa 0.1; dieser Faktor d nimmt andererseits den Wert von etwa 0.5 an, wenn sich der Ist-Wert der Motordrehzahl noch wesentlich von dem Soll-Wert unterscheidet. Während der Aufwärtsschaltung ergibt sich für das vierte Steuersignal 86 andererseits ein oberer Grenzwert entsprechend der folgenden Gleichung:

UL₁₁₄ = (1 + e - d) TMF

Durch den ersten Phasenschalter 66 wird ein Steuersignal P _c ₁ bereitgestellt, mit welchem der Betätigungsdruck für die Reibbremse 34 gesteuert wird. Dieses Steuersignal wird mit einem 3/2-Verstärkungsregler verstärkt und an einen Summierknoten 116 angeliefert, der mit einem zweiten Eingang an die Signalleitung 125 angeschlossen ist, über welche ein Signal für den Ist-Wert des Betätigungsdruckes der Reibbremse 34 angeliefert wird. Mittels des Summierknotens 116 wird ein drittes Fehlersignal bereitgestellt, das in einer der Reibbremse 34 vorgeschalteten Steuerschleife verarbeitet wird. Diese Steuerschleife ist mit einem Kompensator 118, einem Solenoid 120 mit veränderlicher Anzugskraft, einem Regelbegrenzer 122 und einem Hydraulikkreis 124 gebildet. Der Hydraulikkreis 124 ist mit einer Lieferquelle für ein Druckfluid gebildet, das über ein durch das Solenoid 120 gesteuertes Ventil an eine zur Betätigung der Reibbremse 34 angeordnete Servovorrichtung angeliefert wird, welche mit einem durch das Druckfluid entgegen einer Rückstellkraft beweglichen Kolben gebildet ist.In Fig. 2B sind die Einflußgrößen, welche durch die einzelnen Bauteile der der Reibbremse 34 vorgeschalteten Steuerschleife dem durch den Summierknoten 116 gelieferten dritten Fehlersignal auferlegt werden, mit dem Laplaceschen Operator S berücksichtigt.

In entsprechender Weise ist andererseits auch der Reibkupplung 36 eine Steuerschleife vorgeschaltet, in welcher ein von einem Summierknoten 126 geliefertes viertes Fehlersignal verarbeitet wird. Der Summierknoten 126 ist über einen vorgeschalteten 3/2-Verstärkungsregler mit dem dritten Phasenschalter 94 verbunden, womit er an einem ersten Signaleingang das Steuersignal P _c ₂ für den Betätigungsdruck der Reibkupplung 36 als einem entsprechenden Soll-Wert erhält. An einem zweiten Signaleingang ist die Signalleitung 133 abgeschlossen, über welche das Signal für den entsprechenden Ist-Wert des Betätigungsdruckes der Reibkupplung 36 zugeleitet wird, womit auch hier das vierte Fehlersignal durch den ermittelten Unterschied dieser beiden Werte erhalten wird. Auch die der Reibkupplung 36 vorgeschaltete Steuerschleife ist mit einem Kompensator 128, einem Solenoid 130 mit veränderlicher Anzugskraft, einem Regelbegrenzer 134 und einem Hydraulikkreis 132 gebildet. Der Hydraulikkreis 132 umfaßt wieder ein durch das Solenoid 130 gesteuertes Ventil, über welches das von der Lieferquelle gelieferte Druckfluid einer zur Betätigung der Reibkupplung 36 angeordneten Servovorrichtung zugeleitet wird, die mit einem durch das Druckfluid gegen eine Rückstellkraft beweglichen Kolben ausgebildet ist.

Zu der Anordnung des zweiten Phasenschalters 74 ist schließlich noch zu sagen, daß dieser Steuerschalter direkt mit dem Antriebsmotor 138 respektive einem Regelteil verbunden ist, womit der Motor in Abhängigkeit von der Größe des ihm zugeleiteten Steuersignals TMC die Eingangswelle des Getriebes 136 mit einem Drehmoment T _m beaufschlagen kann bei einer Drehzahl W _m , die über die mit dem Phasenschalter 74 verbundene ODER-Schaltung 106 berücksichtigt wird.

Abschließend sei noch bemerkt, daß bei einer Eingliederung der vorstehend beschriebenen Steuereinrichtung in das Programm eines Mikroprozessors diejenigen Bauelemente für eine körperliche Eingliederung unberücksichtigt bleiben, die als Hardware ausgebildet sind. Es handelt sich dabei um die Solenoide 120 und 130, die Regelbegrenzer 122 und 134 und selbstverständlich auch die Hydraulikkreise 124 und 132, die somit alle eine Anordnung unmittelbar an den beiden Reibvorrichtungen erfahren.

Claims (9)

1. Computergesteuerte Schaltvorrichtung für ein motorbetriebenes Kraftfahrzeug-Getriebe, bei dem ein Wechsel der einzelnen Getriebegänge mit einer wechselnden Druckbeaufschlagung von jeweils zwei beteiligten Reibvorrichtungen (Reibbremsen, Reibkupplungen) in Abhängigkeit von der abtriebsseitigen Drehmomentanforderung und von der Drehzahl des Antriebsmotors gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur synchronen Steuerung jeweils der beiden sich bei einem Gangwechsel ablösenden Reibvorrichtungen (34, 36) eine Steuereinrichtung mit einer geschlossenen Rückkoppelungsschleife vorgesehen ist, in welcher

• a) mit einem ersten Fehlersignal (T _we ), das für die Abweichung des Ist-Wertes (T _w ) von einem Soll-Wert (T _wc ) des abtriebsseitigen Drehmoments erhalten wird, ein erster und ein zweiter Steuerschalter (62, 70) für die mögliche Bereitstellung eines ersten und eines zweiten Steuersignals (64, 72) gesteuert werden, und
• b) mit einem zweiten Fehlersignal (W _me ), das für die Abweichung des Ist-Wertes (W _m ) von einem Soll-Wert (W _mc ) der Motordrehzahl erhalten wird, ein dritter und/oder ein vierter Steuerschalter (78, 84) sowie ein fünfter Steuerschalter (90) für die mögliche Bereitstellung eines dritten und/oder eines vierten Steuersignals (80, 86) sowie eines fünften Steuersignals (92) gesteuert werden, wobei
• c) das erste und das fünfte Steuersignal (64, 92) nur bereitgestellt werden, wenn der Gangwechsel in einer Trägheitsphase des Antriebs stattfindet, und das zweite, das dritte und das vierte Steuesignal (72, 80, 86) nur bereitgestellt werden, wenn der Gangwechsel in einer Drehmomentphase des Antriebs stattfindet,
• d) die wechselnde Druckbeaufschlagung der Reibvorrichtungen (34, 36) mit einem Fehlersignal gesteuert wird, das für die Abweichung des ersten bzw. des dritten Steuersignals (64, 80) und des vierten Steuersignals (86) von den entsprechenden Ist-Werten des jeweiligen Betätigungsdruckes (P _c ₁, P _c ₂) der beiden Reibvorrichtungen erhalten wird, oder das für die Abweichung nur des ersten bzw. des vierten Steuersignals (64, 86) von dem entsprechenden Ist-Wert des Betätigungsdruckes (P _c ₁) nur der zugeordneten einen Reibvorrichtung (34) erhalten wird, und
• e) der mit der Eingangswelle (12) des Getriebes (136) direkt verbundene Antriebsmotor (138) entweder mit dem zweiten oder mit dem fünften Steuersignal (72, 92) gesteuert wird.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Steuersignal (86) bei einem während der Drehmomentphase des Antriebs stattfindenden Gangwechsel auf einen Nullwert eingestellt wird.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Wert (W _m ) der Motordrehzahl unmittelbar vor dem Beginn eines Gangwechsels ermittelt und auf den Soll-Wert (W _mc ) der gewünschten Getriebeübersetzung korrigiert wird, die nach der Beendigung des vorhergehenden Gangwechsels bestimmt worden ist.

4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten und mit dem zweiten Steuerschalter (62, 70) das erste Fehlersignal (T _we ) proportional zu seinem Zeitintegral und daß mit dem dritten und/oder mit dem vierten Steuerschalter (78, 84) sowie mit dem fünften Steuerschalter (90) das zweite Fehlersignal (W _me ) ebenfalls proportional zu seinem Zeitintegral korrigiert werden.

5. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Ermittlung entweder einer Trägheitsphase oder einer Drehmomentphase des Antriebs während eines Gangwechsels das erste und das dritte Steuersignal (64, 80) an eine erste Steuerschleife (116, 118, 120, 122, 124, 125) und das vierte Steuersignal (86) an eine zweite Steuerschleife (126, 128, 130, 134, 132, 133) der beiden Reibvorrichtungen (34, 36) geliefert werden, oder daß nur das erste und das vierte Steuersignal (64, 84) an eine Steuerschleife (116, 118, 120, 122, 124, 125) der einen Reibvorrichtung (34) geliefert werden, und daß das zweite und das fünfte Steuersignal (72, 92) an eine Steuerschleife des Antriebsmotors (138) geliefert werden.

6. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Abweichung des Ist-Wertes des Betätigungsdruckes (P _c ₁) der einen Reibvorrichtung (34) von dem ersten bzw. von dem dritten Steuersignal (64, 80) in Abhängigkeit von der Ermittlung entweder einer Trägheitsphase oder einer Drehmomentphase des Antriebs während eines Gangwechsels ein drittes Fehlersignal für einen Kompensator (118) der zugeordneten Steuerschleife (116, 118, 120, 122,124, 125) bereitgestellt wird, der den Stromfluß durch ein nachgeschaltetes Solenoid (120) mit veränderlicher Anzugskraft steuert, durch welches ein Ein- und Ausrücken der Reibvorrichtung (34) vermittelt wird.

7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Abweichung des Ist-Wertes des Betätigungsdruckes (P _c ₂) der zweiten Reibvorrichtung (36) von dem vierten Steuersignal (86) ein viertes Fehlersignal ebenfalls für einen Kompensator (128) der zugeordneten Steuerschleife (126, 128, 130, 134, 132, 133) bereitgestellt wird, der den Stromfluß durch ein nachgeschaltetes Solenoid (130) mit veränderlicher Anzugskraft steuert, durch welches ein Ein- und Ausrücken der zweiten Reibvorrichtung (36) vermittelt wird.

8. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der fünf Steuerschalter (62, 70, 78, 84, 90) mit einem Proportional- Integral-Regler bereitgestellt ist und mit diesen Reglern drei Phasenschalter (66, 74, 94) paarweise zusammengeschaltet sind, deren Schaltzustand durch eine ODER-Schaltung (106) gesteuert ist, welche zum Beginn eines Gangwechsels eine Einstellung der Phasenschalter in eine die Drehmomentphase des Antriebs während eines vorbestimmten Drehzahlbereichs berücksichtigende erste Schaltposition und deren Umschaltung in eine die Trägheitsphase des Antriebs berücksichtigende zweite Schaltposition bei jedem Wechsel der Motordrehzahl um eine prozentual vorbestimmte Größe vermittelt.

9. Verwendung einer Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 für eine Aufladung der Fahrzeugbatterie(n) bei Verwendung eines Elektromotors als Antriebsmotor und einer damit gesteuerten Nutzbremsung, bei welcher das abtriebsseitige Drehmoment durch eine Umsteuerung der Druckbeaufschlagung einer bei der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges beteiligten Reibvorrichtung (36) auf eine bei der Rückwärtsfahrt beteiligte Reibvorrichtung (34) und umgekehrt zurück an den Antriebsmotor (138) vermittelt wird.